帶電作業三維模擬培訓及培訓管理系統的研究與應用

初金良+蘇愷+閆東+陳勇+王朝明

摘 要 配帶電網作業的培訓因受到諸多方面的影響而效果不佳，本文從虛擬現實的方面出發，開發出了基于三維技術的帶電作業模擬培訓及管理系統，通過模擬仿真，進行虛擬現實交互操作，可對培訓人員的進行培訓，同時也可實現協同作業以及動作風險評估，為帶電作業的培訓提供了有效的方式。

【關鍵詞】帶電作業 三維模擬 培訓仿真 協調作業

由于培訓及理念的落后，配電網的從業人員的訓練方法較為原始，很多從業人員在沒有經過系統、嚴格的情況下就進行上崗，養成了很多不規范的操作習慣，并且若是長期性的以不規范的操作方法進行作業，會造成很大的人身安全隱患。

為了能夠使帶電作業更加安全、穩定和科學的發展是迫切需要解決的問題，但是傳統的帶電作業的培訓方法受到設備、指導等多方面因素的影響，培訓的效果不夠理想。為了能提高供電部門帶電作業的能力水平，開發出一套三維模擬的帶電作業管理培訓系統，可實現虛擬現實技術的全部特征。以流暢自然的三維虛擬技術，系統動作風險的檢測與評估，將帶電作業實現全程化管理。

1 系統的構成

本系統采用基于腳本的動態建模環境，將零件的腳本建模、設備通過零件的組裝，再加上場景的設計于一體，能夠實現所有模型的動態化。這種動態化的模型，可以通過模型參數和外部的各種數據結合，模型可以活生生的展現在面前。而且基于腳本的建模，每個模型文件只有幾k，一個場景中，顯示幾百個設備，速度依然流暢。另外，模型的建模非常方便，可以根據需要，快速的定制出各種可以重用的三維模型，適合各種需求。

采用三維方式進行監控及其效果展示。支持三維建模及其組態功能。帶電操作管理及三維培訓系統就是采用基于腳本的動態環境，實現基于實時數據的三維虛擬監控及動態化，具有美觀流暢的展示效果。可以用數據、圖表、動畫等形式，進行集中、動態、實時、交互演示各種場景的功能。圖1為系統的組成框圖。

2 系統功能實現

通過采用層次建模的方法，對人物、場景以及工器具按照虛擬場景中的各種尺寸進行模型的建立。然后采用Quest 3D軟件進行交互式的動作設計，同時采用Kinect體感外設實現培訓人員與虛擬場景的交互，完成受訓者通過自身的動作對虛擬設備進行操作，實現培訓內容。

2.1 幾何建模

帶電作業管理及各種模擬的功能情形如下：（1）場景模型，能建立虛擬自然環境和建立虛擬電氣環境；（2）人物模型，能建立帶電作業中不同的作業角色模型；（3）工具或器具模型，不僅可以建立各種諸如吊車或者斗臂車等特種車輛，還可以建立類似于各種防護裝備用具、工具等。

2.2 行為建模

在模擬仿真的作業環境中，可以以一個實際工作的人的身份去進行虛擬化的作業，內容可以包括虛擬出工具，還可以虛擬出使用工具對作業的操作過程，有較好的交互性，例如虛擬的去進行螺絲的擰固、穿戴安全服裝等等。

2.3 場景驅動

場景驅動執行引擎負責實現虛擬人和物體的交互，并使虛擬場景活動起來。為了實現場景的驅動需要定義虛擬人如何在三維虛擬場景中進行行動以及虛擬環境如何發生變化。虛擬人和設備的行為和運動控制過程相互配合實現現實場景的模擬。有了場景驅動這一環節，才能夠保證人和虛擬的場景有機的組合在一起，實現了人在虛擬現實中的活動。

3 系統功能

3.1 操作培訓

“帶電作業管理及三維模擬培訓系統”中培訓仿真功能具有以下幾項帶電作業培訓內容：（1）斷支線線路引線；（2）斷跌落式熔斷器上引線；（3）更換柱上開關或隔離開關；（4）組立或撤除直線電桿；（5）直線桿改耐張桿并加裝柱上開關或隔離開關；（6）更換柱上變壓器。

3.2 動作風險檢測與評估

在不同的電壓等級、不同的天氣環境下，電力設備的實際安全距離是不同的，應實現安全距離、安全空間范圍在不同工況下的動態計算。根據培訓人員操作虛擬人的動作軌跡進行安全距離檢測、空間觸碰檢測等一系列的動作風險檢測，并對檢測結果進行評估，以確定該動作是否發生危險。若可能發生危險的情況下，會提示報警操作者，并且會對此次操作就行記錄，用以作為某位學員的某個培訓的操作動作是否該進行多次操作的依據。

3.3 協同作業

協同作業是指多個作業者進行合作、配合的完成某一個作業任務，這在實際工作中經常可以遇到，頗為常見，因此，這也成為了仿真訓練的一個非常重要的環節，在實際工作中，很少的情況是操作者單獨進行操作的，因此協同作業的設定，屬于本系統培訓的主題。協同作業的人數過多，也會導致系統的復雜性和難度呈正比例的增加，因此本系統協同作業的人數不超過三個。

3.4 培訓結果管理

對參加帶電作業培訓的人員形成完整的培訓記錄。并可對結果進行統計分析，對習慣性違章操作的部分進行多次強化培訓。（1）培訓課時記錄：可以對每個學員在培訓過程中所需要學習的課程進行一個系統的學習管理，每個操作對應固定的培訓時間，每個合格的學員必須通過所以的全部的課程。（2）引進補訓制度：某個學員的某些操作沒有達到標準，可以進行針對性的強化訓練，最終達到合格的目的。（3）結果統計分析：對某些學員常見的錯誤類型進行統計，并進行有針對性的強化訓練。（4）效果反饋：針對學員的一些常見問題，合理的改變培訓計劃，對時間進行有針對性的調整。

4 系統應用效果

通過對三維虛擬仿真系統的應用，應用效果顯著，具體的效果如下：（1）誤操作率更低：根據調查結果顯示，很多誤操作的來源在于培訓的初期，學員不良的習慣造成后續的誤操作，因此通過三維仿真虛擬培訓后，可以在訓練中培養成良好的操作習慣，這樣可以大大的減少誤操作的產生。（2）操作效率更高：在經過了虛擬培訓后，學員的操作手法更加趨于系統法，舍掉了許多無效的動作，且在操作過程中，有更加良好的操作舒適度，不會過度的造成心理上的緊張情緒。（3）更好的協同：通過協同作業的培訓，學員們不僅掌握了如何能夠更加有效的進行合作。不會產生因為指令不明，或者時機不合適而造成的工作阻礙或者延誤等一系列的問題。（4）培訓效率高：制定出了完善的訓練計劃后，可以進行有針對性的訓練，訓練完成后，即可投入到實際的工作中去，培訓過程基本不受場地，天氣環境等的限制，具有較好的可操作性。endprint

5 結語

通過對虛擬現實的三維交互系統的研發，提供了詳細且規范的操作流程，在通過教學實訓時，能過不斷的學習各種專業的流程和技術，并且此系統有可重復性操作的方法，不斷的進行學習和訓練，最終可以實現全面的，完全的掌握操作技能，而且無風險性。

該系統的優勢為：能夠反復的安排實際訓練，受到客觀條件的影響較小；在犯錯誤的情況下，可以有時間糾正，并且不會造成較大的損失；對關鍵步驟可以反復不斷的進行訓練，達到良好的效果；可以針對每個學員的實際情況進行定制化項目；良好的交流機制，可以在不同的區域和地方的學員之間相互進行溝通和交流。

通過對此系統的應用發現，該系統能夠從源頭上杜絕較多的習慣性誤操作，可以規避較多的風險。這是一個較為積極的信號，但是依舊存在一些問題：如系統的完備性不足，僅僅只適用于少于三人的協同作業，但是在大多數情況下，協同作業的人數遠遠不止三人；系統的交流性欠缺：各大電網的從業人員希望通過這么一個系統來進行工作上的交流等此功能較為欠缺；完成的指令不夠系統和全面：針對某些過程，動作的過程規定的還比較粗糙，不夠精細，還有待進一步的提高。

綜上所述，任何一個培訓系統的設定只是為了輔助員工進行更好的操作，但這只是虛擬的環境，若是想要成為一個真正意義上的合格的操作人員，還需要不斷的在實踐過程中不斷的進行總結和學習，才能夠成為一個真正合格的操作人員。

參考文獻

[1]賈京山，鹿秀風，閆勝利.淺談帶電作業培訓中三維仿真技術的應用[J].科技致富向導，2012，33：58.

[2]陸新秋，蘇曉，潘繼華，邵波，吳鵬，錢磊，付鑫.輸電線路高空檢修作業三維仿真培訓系統研究[J].中國水運（下半月），2014，01：76-78.

[3]陳偉，方琪，平原，張召亮.Quest3D在電力系統仿真培訓中的應用[J].水電能源學，2013，01：223-225.

[4]汪會財.電力安規虛擬交互培訓系統研究與設計[D].湖南大學，2012.

作者簡介

初金良（1982-），男，吉林省農安縣人。碩士在讀。現為國網浙江省電力公司麗水供電公司中級工程師。

作者單位

1.國網浙江省電力公司麗水供電公司 浙江省麗水市 323000

2.南京軟核科技有限公司 江蘇省南京市 210000endprint

5 結語

通過對虛擬現實的三維交互系統的研發，提供了詳細且規范的操作流程，在通過教學實訓時，能過不斷的學習各種專業的流程和技術，并且此系統有可重復性操作的方法，不斷的進行學習和訓練，最終可以實現全面的，完全的掌握操作技能，而且無風險性。

該系統的優勢為：能夠反復的安排實際訓練，受到客觀條件的影響較小；在犯錯誤的情況下，可以有時間糾正，并且不會造成較大的損失；對關鍵步驟可以反復不斷的進行訓練，達到良好的效果；可以針對每個學員的實際情況進行定制化項目；良好的交流機制，可以在不同的區域和地方的學員之間相互進行溝通和交流。

通過對此系統的應用發現，該系統能夠從源頭上杜絕較多的習慣性誤操作，可以規避較多的風險。這是一個較為積極的信號，但是依舊存在一些問題：如系統的完備性不足，僅僅只適用于少于三人的協同作業，但是在大多數情況下，協同作業的人數遠遠不止三人；系統的交流性欠缺：各大電網的從業人員希望通過這么一個系統來進行工作上的交流等此功能較為欠缺；完成的指令不夠系統和全面：針對某些過程，動作的過程規定的還比較粗糙，不夠精細，還有待進一步的提高。

綜上所述，任何一個培訓系統的設定只是為了輔助員工進行更好的操作，但這只是虛擬的環境，若是想要成為一個真正意義上的合格的操作人員，還需要不斷的在實踐過程中不斷的進行總結和學習，才能夠成為一個真正合格的操作人員。

參考文獻

[1]賈京山，鹿秀風，閆勝利.淺談帶電作業培訓中三維仿真技術的應用[J].科技致富向導，2012，33：58.

[2]陸新秋，蘇曉，潘繼華，邵波，吳鵬，錢磊，付鑫.輸電線路高空檢修作業三維仿真培訓系統研究[J].中國水運（下半月），2014，01：76-78.

[3]陳偉，方琪，平原，張召亮.Quest3D在電力系統仿真培訓中的應用[J].水電能源學，2013，01：223-225.

[4]汪會財.電力安規虛擬交互培訓系統研究與設計[D].湖南大學，2012.

作者簡介

初金良（1982-），男，吉林省農安縣人。碩士在讀。現為國網浙江省電力公司麗水供電公司中級工程師。

作者單位

1.國網浙江省電力公司麗水供電公司 浙江省麗水市 323000

2.南京軟核科技有限公司 江蘇省南京市 210000endprint

5 結語

通過對虛擬現實的三維交互系統的研發，提供了詳細且規范的操作流程，在通過教學實訓時，能過不斷的學習各種專業的流程和技術，并且此系統有可重復性操作的方法，不斷的進行學習和訓練，最終可以實現全面的，完全的掌握操作技能，而且無風險性。

該系統的優勢為：能夠反復的安排實際訓練，受到客觀條件的影響較小；在犯錯誤的情況下，可以有時間糾正，并且不會造成較大的損失；對關鍵步驟可以反復不斷的進行訓練，達到良好的效果；可以針對每個學員的實際情況進行定制化項目；良好的交流機制，可以在不同的區域和地方的學員之間相互進行溝通和交流。

通過對此系統的應用發現，該系統能夠從源頭上杜絕較多的習慣性誤操作，可以規避較多的風險。這是一個較為積極的信號，但是依舊存在一些問題：如系統的完備性不足，僅僅只適用于少于三人的協同作業，但是在大多數情況下，協同作業的人數遠遠不止三人；系統的交流性欠缺：各大電網的從業人員希望通過這么一個系統來進行工作上的交流等此功能較為欠缺；完成的指令不夠系統和全面：針對某些過程，動作的過程規定的還比較粗糙，不夠精細，還有待進一步的提高。

綜上所述，任何一個培訓系統的設定只是為了輔助員工進行更好的操作，但這只是虛擬的環境，若是想要成為一個真正意義上的合格的操作人員，還需要不斷的在實踐過程中不斷的進行總結和學習，才能夠成為一個真正合格的操作人員。

參考文獻

[1]賈京山，鹿秀風，閆勝利.淺談帶電作業培訓中三維仿真技術的應用[J].科技致富向導，2012，33：58.

[2]陸新秋，蘇曉，潘繼華，邵波，吳鵬，錢磊，付鑫.輸電線路高空檢修作業三維仿真培訓系統研究[J].中國水運（下半月），2014，01：76-78.

[3]陳偉，方琪，平原，張召亮.Quest3D在電力系統仿真培訓中的應用[J].水電能源學，2013，01：223-225.

[4]汪會財.電力安規虛擬交互培訓系統研究與設計[D].湖南大學，2012.

作者簡介

初金良（1982-），男，吉林省農安縣人。碩士在讀。現為國網浙江省電力公司麗水供電公司中級工程師。

作者單位

1.國網浙江省電力公司麗水供電公司 浙江省麗水市 323000

2.南京軟核科技有限公司 江蘇省南京市 210000endprint